CN100426114C - 垂直取向模式液晶显示器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种垂直取向模式液晶显示器件，其通过各向同性地补偿视角来改善视角特性，其中该垂直取向模式液晶显示器件包括第一和第二基板；多条栅线和数据线，形成在第一基板上，并且彼此垂直地形成以限定多个像素区域；形成在第一基板的每一像素区域中的薄膜晶体管；像素电极和公共电极，形成在各个第一和第二基板的每一像素区域的整个区域中，其中该像素电极和公共电极在第一基板和第二基板之间产生电场；在第一基板的像素电极中形成的圆条纹形的至少一个第一缝隙；在第二基板的公共电极中形成的至少一个第二缝隙；以及在第一和第二基板之间的液晶层。

Description

垂直取向模式液晶显示器件
技术领域
本发明涉及垂直取向模式液晶显示(LCD)器件，更具体地说，本发明是涉及由设置在基板的电极中的圆条纹形缝隙或者突起各向同性地形成电场，以各向同性地补偿视角，从而改善视角特性的垂直取向模式LCD器件。
背景技术
最近，随着各种移动电子设备如移动电话、PDA、笔记本电脑等的发展，轻薄的平板显示器件的需求一直在增加。这些平板显示器件是指液晶显示器(LCD)、等离子体显示板(PDP)、场致发射显示器(FED)以及真空荧光显示器(VFD)。特别是LCD器件，由于其具有可用批量生产技术生产、且具有高图像质量和良好的移动性这些有利特性，使得LCD器件倍受瞩目。LCD  器件包括薄膜晶体管阵列基板、滤色片基板和液晶层，其中薄膜晶体管阵列基板和滤色片基板彼此相对设置，并且互相结合，液晶层形成在这两块基板之间。
薄膜晶体管阵列基板包括以矩阵结构设置的多个像素，其中每一像素包括薄膜晶体管、像素电极和电容器。滤色片基板包括公共电极、显示各种颜色的RGB滤色片和黑矩阵。此时，公共电极和像素电极将电场施加至液晶层。
然后，在两个基板的每一彼此面对的表面上形成具有取向控制力的定向层，从而使液晶层的液晶分子在预定方向取向。
如果在形成在薄膜晶体管阵列基板的每一像素中的像素电极和形成在滤色片基板的整个表面上的公共电极之间形成电场，则被定向的液晶分子由于介电各向异性而旋转。当光线被传送或者被每一像素阻挡时，就会显示字母或者图像。这称为扭曲向列(TN)模式，其中通过液晶分子的动作显示图像。然而，TN模式LCD器件由于液晶分子的折射各向异性而具有窄视角的不利特性。
在为TN模式LCD器件的情况下，透光率在视角的水平方向上对称分布。但是，透光率在视角的垂直方向上为非对称分布。因此，由于垂直方向上透光率的不对称分布，在垂直方向上可能产生倒像。其结果是视角变窄。
为了克服窄视角的问题，提出了多畴LCD器件，例如两畴TN(TDTN)模式或者畴分割TN(DDTN)模式，其中每一像素分割成至少两畴，其中主视角互不相同，从而对视角进行补偿。
但是，对于多畴LCD器件，需要对每一畴执行研磨工序，以使在各个畴中，获得液晶分子的不同取向方向。例如，对于两畴LCD器件，在阻挡第二畴之后，通过在定向层的第二畴上沉积光刻胶层，对第一畴执行研磨工序，从而形成第一方向的取向控制力。然后，在从第二畴除去光刻胶层后，在第一畴中形成另一光刻胶层，并研磨该第二畴，以提供第二方向的取向控制力。在掩模第二畴之后，通过显影从第一畴除去光刻胶层。
对于上述多畴LCD器件，利用光刻胶，通过两次光刻工序研磨一个像素(即一块基板)，从而导致了生产成本的增加和工序的复杂性。对光刻胶的显影工序也可能在定向层上产生坏的影响，从而LCD器件的图像质量可能恶化。
为了克服多畴LCD器件的这一问题，已经提出了具有宽视角结构的垂直取向(VA)模式LCD器件。如果不对VA模式LCD器件施加电压，则液晶分子的主轴的取向和取向层垂直。如果对其施加电压，则因为具有负型介电各向异性的液晶分子被电场倾斜取向，液晶分子的轴移动到取向层的水平方向上，从而光线透过该液晶层被传送。
和TN模式LCD器件相比，VA模式LCD器件具有高对比度和迅速的响应速度。此外，如果将液晶分子的取向方向分成各种方向，并且利用补偿膜，则VA模式LCD器件能够实现宽视角。
但是，让液晶分子的主轴和定向层完全垂直取向存在困难。也将液晶分子旋转到一个方向。因此，根据视角，可能由于液晶的折射各向异性而产生色移。为了克服这一问题，广泛使用多畴VA模式LCD器件，其设有包括多个畴的像素，因此可以补偿视角，从而改善视角特性。
图1A是图示现有技术的多畴VA模式LCD器件的视图。实质上，现有技术的多畴VA模式LCD器件设有多个像素。为了说明的方便，下面仅仅对一个单位像素进行说明。
如图1A所示，由栅线1和数据线2限定像素，其中像素分成多个畴。在该多个畴中，液晶分子由不同的方向取向。因此，互相补偿该畴的主视角，从而视角特性得到改善。
然后，与栅线1和数据线2的交叉点相邻地形成薄膜晶体管3，其中从外部驱动电路给栅线1提供扫描信号，并且从外部驱动电路给数据线2提供视频信号。薄膜晶体管3由栅极4、形成在栅极4上的半导体层5、源极6和漏极7组成。在这种状态下，当栅极4和栅线1连接时，将栅线1的扫描信号施加至栅极4。如果将扫描信号施加至栅极2，则半导体层5也被激活。源极和漏极6和7形成在半导体层5上方。
该像素也设有连接至漏极7的像素电极10。即当半导体层5被激活时，将视频信号施加至像素电极10，从而像素电极10驱动液晶(未示出)。和像素电极10相对地形成公共电极38，从而在其间形成电场。
像素电极10设有两个第一缝隙29，并且公共电极设有第二缝隙39，其中第二缝隙39位于像素电极10的第一缝隙29之间。
参考图1B对现有技术的多畴VA模式LCD器件进行详细解释。
参考图1B，现有技术的多畴VA模式LCD器件包括第一基板20、第二基板30、以及形成在第一基板20和第二基板30之间的液晶层40。
第一基板20包括栅绝缘层22、形成在栅绝缘层22上的数据线2、在数据线2上方形成在栅绝缘层22上的钝化层24、以及形成在钝化层24上的透明导电材料的像素电极10。
第二基板30包括防止光线透过非显示区域如薄膜晶体管3传送的黑矩阵32，显示颜色的红(R)、绿(G)和蓝(B)滤色片层34，以及形成在滤色片层34上的公共电极38。将视频信号施加至多畴VA模式LCD器件时，在像素电极10和公共电极38之间形成电场。
如图1B所示，在第二基板30的公共电极38中形成第二缝隙39，从而将像素分割成多个畴。在第一基板20的像素电极10中也形成两个第一缝隙29。此时，像素电极10的第一缝隙29设置在公共电极38的第二缝隙39的两边，因此在像素电极10与公共电极38之间，电场(E)产生变形。即如图1所示，由于缝隙29和39的存在，形成在像素电极10与公共电极38之间的电场关于公共电极38的第二缝隙39对称地形成。因此，因为液晶分子沿着电场倾斜地取向，所以液晶分子被第二缝隙对称地取向。其结果是，液晶分子在像素的相邻畴中对称取向。
为了在水平方向和垂直方向上改善视角特性，第一和第二缝隙29和39中的每一个都以约45度的角度设置，从而在水平和垂直方向上改善视角特性。
由于像素设有多个畴，现有技术的多畴VA模式LCD器件能够改善视角特性，但是其具有下述缺点。
如图2A所示，常规的LCD器件设置RGB像素。最近，提出了包括RGBW像素以改善亮度和色彩再现率的像素结构，如图2B所示。
因为大部分光线被RGB滤色片层吸收，所以包括RGB像素的LCD器件具有低亮度。即通过将像素结构改变成RGBW像素，可以降低光吸收比，从而提高亮度。采用RGBW像素的LCD器件包括具有传送从背光单元发出的大部分光线的白(W)滤色片层的像素，因此亮度提高了。
在采用RGB像素结构的LCD器件中，每一像素形成为矩形。同时，在采用RGBW像素结构的LCD器件中，每一像素形成为规则的正方形。对于采用RGBW像素结构的LCD器件，设置在像素和公共电极中的每一缝隙不是以约45°的角度形成，因此不可能补偿水平和垂直方向的视角，因此引起色移。
发明内容
因此，本发明的目的是提供垂直取向(VA)模式LCD器件，其中由形成在基板的电极中的条纹形缝隙或者突起，各向同性地形成电场，以各向同性地补偿视角，从而改善视角特性。
为了实现这些和其它优点并且根据本发明的目的，如这里具体化和广义说明的那样，本发明提供一种垂直取向模式LCD器件，包括第一和第二基板；的多条栅线和数据线，形成在第一基板上，并且彼此垂直地形成以限定多个像素区域；形成在第一基板的每一像素区域中的薄膜晶体管；形成在各个第一和第二基板的像素区域的整个区域中形成的像素电极和公共电极，其中该像素电极和公共电极在第一基板和第二基板之间产生电场；在第一基板的像素电极中形成的圆条纹形的至少一个第一缝隙；在第二基板的公共电极中形成的至少一个第二缝隙；以及在第一和第二基板之间的液晶层。
此时，第二缝隙形成在圆条纹形第一缝隙的中心部分。如果提供多个第一和第二缝隙，则第一和第二缝隙交替设置。
在本发明的另一方面，垂直取向模式LCD器件包括第一和第二基板；多条栅线和数据线，形成在第一基板上，并且彼此垂直地形成以限定多个像素区域；形成在第一基板的每一像素区域中的薄膜晶体管；形成在各个第一和第二基板的每一像素中的像素电极和公共电极，其中该像素电极和公共电极产生电场；在第二基板的公共电极和第二基板之间形成的圆条纹形的至少一个突起；在第一基板的像素电极中形成的至少一个缝隙；以及形成在第一和第二基板之间的液晶层。
根据下面结合附图对本发明的详细说明，本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加显然。
附图说明
附图提供对发明的进一步理解，并且包含在说明书中，构成说明书的一部分，图解发明的实施例，和细节描述一起用于解释发明的原理。
图1A是图解现有技术的VA模式LCD器件的平面图；
图1B是沿着图1A的I-I′的横截面图；
图2A是图解RGB像素结构的视图，图2B是图解RGBW像素结构的视图；
图3是图解根据本发明的一个优选实施例的VA模式LCD器件的平面图；
图4A是沿着图3的II-II′的横截面图；
图4B是概念性地图解图3的VA模式LCD器件中的液晶分子的取向的透视图；
图5A是图解根据本发明的另一优选实施例的VA模式LCD器件的平面图；
图5B是沿着图5A的III-III′的横截面图；
图6A和6B是图解根据本发明的另一优选实施例的VA模式LCD器件的结构的平面图。
具体实施方式
现在详细参考本发明的优选实施方式，其实例在附图中示出。
图3是图解根据本发明的一个优选实施例的VA模式LCD器件的平面图。
如图3所示，根据本发明的一个优选实施例的VA模式LCD器件包括由多条栅线101和数据线102限定的多个像素，其中从外部驱动电路给每一条栅线101提供扫描信号，从外部驱动电路给每一条数据线102提供视频信号。然后，与栅线和数据线101和102的每一交叉点相邻地形成薄膜晶体管103。薄膜晶体管103由栅极104，形成在栅极104上的半导体层105，形成在半导体层105上的源极106和漏极107形成。在这一状态下，当栅极104和栅线101连接时，将栅线101的扫描信号施加至栅极104。如果将扫描信号施加至栅极102，则半导体层105也被激活。源极106和漏极107将视频信号施加至该像素。
像素也设有连接至漏极107的像素电极110。即当半导体层105被激活时，视频信号通过源极106和漏极107施加至像素电极110，从而像素电极110驱动液晶(未示出)。与像素电极110相对地形成公共电极138。当将视频信号施加至像素电极110时，在像素电极110和公共电极138之间形成电场，从而液晶分子被该电场驱动。
也在像素的像素电极110中形成第一缝隙129。其中该第一缝隙129形成为圆条纹形。而且，在公共电极138中，和圆条纹形第一缝隙129的中心部分对应地形成第二缝隙139。第一和第二缝隙129和139使形成在像素电极与公共电极138之间的电场变形，从而各向同性地形成整个像素，以补偿视角。将参考图4A和图4B对这一VA模式LCD器件进行解释。
图4A是沿着图3的I-I′的横截面图。如图4A所示，栅极104形成在第一基板120上，其中第一基板120由透明材料如玻璃形成。然后，在第一基板120的整个表面上形成栅绝缘层122，并且在栅绝缘层122上形成半导体层105。此后，在半导体层105上形成源极106和漏极107。在这一情况下，如果通过栅线101将扫描信号输入至栅极104，则半导体层105被激活，从而形成沟道区域。通过形成该沟道区域，将通过数据线102输入至源极105的信号传送至漏极107。
然后，在包括源极106和漏极107的第一基板的整个表面上形成钝化层124，并且在钝化层124上形成像素电极110。像素电极110由透明导电材料如氧化铟锡(ITO)或者氧化铟锌(IZO)形成。溅射或者蒸镀而成的像素电极110通过形成在钝化层124中的接触孔与漏极107电连接。
第一像素电极110设有第一缝隙129。如图3所示，第一缝隙129在像素内形成为圆条纹形。此时，第一缝隙129不是完全的圆条纹。即至少一部分将第一缝隙129的圆条纹内部和像素电极110相连接，从而将视频信号平滑地施加至整个像素电极110。
第二基板130包括阻止光线透过具有薄膜晶体管103的非显示区域传送的黑矩阵132；与每一像素对应地形成以显示颜色的红(R)、绿(G)、蓝(B)和白(W)(或者RGB)滤色片层134；以及和第一基板120的像素电极110相对地形成在滤色片层134上的公共电极138。当将视频信号施加至像素电极110时，在像素电极110和公共电极138之间形成电场。
公共电极138包括第二缝隙139，其中第二缝隙139设置在圆条纹形第一缝隙129的中心部分。
如上所述，圆条纹形的第一缝隙129形成在第一基板120的像素电极110中，第二缝隙139和第一缝隙129的中心部分对应地形成在公共电极138中，从而使形成在像素电极110与公共电极138之间的电场变形。在现有技术的VA模式LCD器件中，液晶层140的液晶分子从第一基板120到第二基板130以固定角度取向。同时，在根据本发明的VA模式LCD器件的情况下，相对于第二基板130的第二缝隙139各向同性地形成电场，从而液晶分子沿着相对于第二缝隙139的圆以预定角度取向。
图5示出了本发明的VA模式LCD器件中的电场和液晶分子的取向。如图5所示，当在第一和第二基板120和130之间形成电场(E)时，电场(E)不是与第一和第二基板120和130的平面垂直地形成，而是从第一基板120到第二基板130以预定角度倾斜地形成。在这种情况下，因为相对于第二缝隙139各向同性地形成电场的角度，所以液晶分子142相对于该电场(E)以预定角度倾斜地取向。因此，各向同性地补偿像素内的视角成为可能，从而所有方向的视角特性得到改善。其结果是，可能防止由于视角的改变而产生色移。
图5示出了根据本发明另一优选实施例的VA模式LCD器件。除使电场变形的结构外，图5的VA模式LCD器件的结构与图4的VA模式LCD器件类似。因此，省略对图5的VA模式LCD器件的详细解释，并且对两种VA模式LCD器件之间的区别进行详细说明。图5A是图解根据本发明另一优选实施例的VA模式LCD器件的平面图，图5B是沿着图5A的III-III′的横截面图。
对于根据本发明另一优选实施例的VA模式LCD器件，如图5所示，圆条纹形突起239形成在第二基板230上，并且在第一基板220的像素电极210上形成缝隙229。公共电极238形成在第二基板230的突起239上，因此公共电极238形成为突起形，从而使电场变形。形成在像素219中的缝隙229也和圆条纹形突起239的中心部分对应设置。因此，当在像素电极210和公共电极238之间形成电场时，该电场相对于缝隙229各向同性地形成。其结果是，沿着电场设置的液晶分子也是相对于缝隙229各向同性地取向，从而补偿视角。
根据本发明的VA模式LCD器件包括形成在第一和第二基板上的缝隙或者突起。因此，各向同性地形成施加至液晶层的电场，从而可以改善所有方向上的视角特性。
在图3-5的VA模式LCD器件中，第一和第二基板的每一像素包括一个狭缝或者突起。但是并不局限于此。本发明可以应用于下述VA模式LCD器件，该VA模式LCD器件中的每一像素包括通过多个缝隙或者多个突起设置的多个畴。
如图6A所示，在像素电极310中形成多个缝隙329a和329b，其中每一缝隙形成为圆条纹形。也在公共电极338中形成岛形缝隙339a和圆条纹形缝隙339b。此时，像素电极310的每一缝隙329a和329b与公共电极338的每一缝隙339a和339b交替设置，从而将像素分割成多个畴。由于缝隙329a、329b、339a和339b的存在，在液晶层中各向同性地形成电场，从而在垂直和水平方向上改善视角特性(即各向同性)。
如图6B所示，在像素电极410中形成多个缝隙429a和429b，其中缝隙429a和429b可以形成为岛形和圆条纹形。也在公共电极438中形成圆条纹形突起。此时，像素电极410的每一缝隙429a和429b与公共电极438的每一缝隙439a和439b交替设置，从而将像素分割成多个畴。由于缝隙429a、429b、439a和439b的存在，各向同性地形成电场，因此在垂直和水平方向上改善视角特性(即各向同性)。
在图6A至图6B的VA模式LCD器件中，第一和第二基板的每一像素包括两个缝隙或者突起。但是并不局限于此。本发明可以应用于下述VA模式LCD器件，该VA模式LCD器件的每一像素包括设有三个或者更多缝隙或者突起。
本发明可以应用于包括RGBW像素的像素结构。但是，本发明可以应用于包括RGB像素的像素结构。在这种情况下，基于矩形像素，缝隙或者突起可以形成为椭圆形。
如上所述，本发明的VA模式LCD器件具有下述优点。
在根据本发明的VA模式LCD器件中，在基板中形成圆条纹形缝隙或者突起，从而使施加至液晶层的电场各向同性地变形。其结果是，液晶分子各向同性地取向，因此在所有方向上补偿视角成为可能，从而改善视角特性。在不脱离本发明的精神或者本质特征的情况下以几种形式对本发明进行了具体说明，也应该理解的是，除非另有说明，不应由于上述详细描述的任何细节而局限于上述实施例，应该在由权利要求限定的精神和范围内进行广义的解释，因此落在权利要求的界限和范围及其等同替换内的所有改变和修改都属于所附权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种垂直取向模式液晶显示器件，包括：
第一和第二基板；
在第一基板上限定多个像素区域的多条栅线和数据线；
在第一基板的每一像素区域中的薄膜晶体管；
在各个第一和第二基板的像素区域的整个区域中形成以在第一基板和第二基板之间形成电场的像素电极和公共电极；
在第一基板的像素电极中形成的圆条纹形的至少一个第一缝隙；
在第二基板的公共电极中形成的至少一个第二缝隙；以及
第一和第二基板之间的液晶层。
2.权利要求1的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，第二缝隙形成在圆条纹形的第一缝隙的中心部分。
3.权利要求1的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，多个第一和第二缝隙分别形成在第一和第二基板上。
4.权利要求3的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，第一和第二缝隙交替设置。
5.权利要求1的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，薄膜晶体管包括：
第一基板上的栅极；
在第一基板的整个表面上方的栅绝缘层；
在栅绝缘层上的半导体层；
在半导体层上的源极和漏极；以及
在源极和漏极上的钝化层。
6.权利要求5的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，像素电极设置在钝化层上。
7.权利要求1的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，进一步包括：
在第二基板上的黑矩阵；以及
在第二基板上的滤色片层。
8.权利要求7的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，滤色片层包括红、绿、蓝和白滤色片图案。
9.一种垂直取向模式液晶显示器件，包括：
第一和第二基板；
在第一基板上限定多个像素区域的多条栅线和数据线；
在第一基板的每一像素区域中的薄膜晶体管；
在各个第一和第二基板的每一像素区域中以形成电场的像素电极和公共电极；
在第二基板的公共电极和第二基板之间形成的圆条纹形的至少一个突起；
在第一基板的像素电极中形成的至少一个缝隙；以及
第一和第二基板之间的液晶层。
10.权利要求9的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，缝隙形成在圆条纹形突起的中心部分。
11.权利要求9的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，多个缝隙和多个突起分别形成在第一和第二基板中。
12.权利要求11的垂直取向模式液晶显示器件，其特征在于，缝隙和突起交替设置。
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